影響材料導熱係數的主要因素有哪些

時間 2021-08-11 17:30:06

1樓:匿名使用者

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導熱效能是指導熱材料傳遞熱量的能力。不同物質導熱係數各不相同,相同物質的導熱效能與多種因素有關。例如:

結構、密度、溼度、溫度、壓力等。同一物質的含水率低、溫度較低時,導熱係數較小。一般來說,固體的熱導率比液體的大,而液體的又要比氣體的大。

這種差異很大程度上是由於這兩種狀態分子間距不同所導致。

影響導熱效能的外在因素

一、物質含溼比率

一般保溫絕熱材料都具有多孔結構,容易吸溼。材料吸溼受潮後,其導熱係數增大。當含溼率大於5%-10%時,導熱係數的增大在多孔材料中表現得最為明顯。

其原理是由於材料的孔隙中有了水分(包括水蒸氣)後,孔隙中蒸汽的擴散和水分子的運動將起主要傳熱作用,而水的導熱係數比空氣的導熱係數大20倍左右,故引起其有效導熱係數的明顯升高。如果孔隙中的水結成了冰,冰的導熱係數更大,其結果使材料的導熱係數更加增大。

二、工作溫度

溫度對導熱材料的導熱效能均有直接影響。溫度提高,材料導熱係數會上升。因為根據物理知識,溫度升高時,材料固體分子運動會加劇簡稱「熱運動」。

材料孔隙中空氣的導熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但在溫度為0-50℃範圍內其影響並不顯著,只有對處於高溫或負溫下的材料,才要考慮溫度的影響。

影響導熱效能的內在因素

一、材料型別

導熱材料型別不同,導熱係數不同。對於孔隙率較低的固體隔熱材料,結晶結構的導熱係數最大,微晶體結構的次之,玻璃體結構的最小。但對於孔隙率高的隔熱材料,由於氣體(空氣)對導熱係數的影響起主要作用,固體部分無論是晶態結構還是玻璃態結構,對導熱係數的影響都不大。

二、容重大小

容重(或比重、密度)是材料本身氣孔率的直接反映,由於氣相的導熱係數通常均小於固相導熱係數,所以保溫隔熱材料往往都具有很高的氣孔率,也即具有較小的容重。一般情況下,增大氣孔率或減少容重都將導致導熱係數的下降。

三、熱流方向

導熱係數與熱流方向的關係,僅僅存在於各向異性的材料中,即在各個方向上構造不同的材料中。

纖維質材料從排列狀態看,分為方向與熱流向垂直和纖維方向與熱流向平行兩種情況。傳熱方向和纖維方向垂直時的絕熱效能比傳熱方向和纖維方向平行時要好一些。一般情況下纖維保溫材料的纖維排列是後者或接近後者,同樣密度條件下,其導熱係數要比其它形態的多孔質保溫材料的導熱係數小得多。

對於各向異性的材料(如木材等),當熱流平行於纖維方向時,受到阻力較小;而垂直於纖維方向時,受到的阻力較大。以松木為例,當熱流垂直於木紋時,導熱係數為0.17w/(m·k),平行於木紋時,導熱係數為0.

35w/(m·k)。

氣孔質材料分為氣泡類固體材料和粒子相互輕微接觸類固體材料兩種。具有大量或無數多開口氣孔的隔熱材料,由於氣孔連通方向更接近於與傳熱方向平行,因而比具有大量封閉氣孔材料的絕熱效能要差一些。

四、比熱容

熱導率=熱擴散係數×比熱×密度。在熱擴散係數和密度條件相同的情況下,比熱越大,導熱係數越高。

隔熱材料的比熱對於計算絕熱結構在冷卻與加熱時所需要冷量(或熱量)有關。在低溫下,所有固體的比熱變化都很大。在常溫常壓下,空氣的質量不超過隔熱材料的5%,但隨著溫度的下降,氣體所佔的比重越來越大。

因此,在計算常壓下工作的隔熱材料時,應當考慮這一因素。

對於常用隔熱材料而言,上述各項因素中以表觀密度和溼度的影響最大。

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2樓:匿名使用者

主要跟材料分子結構和成型結構有關。

影響材料導熱係數的主要因素有哪些?

3樓:

影響隔熱材料導熱係數的主要因素:

一、材料型別

隔熱材料(絕熱材料)型別不同,導熱係數不同。隔熱材料的物質構成不同,其物理熱效能也就不同;隔熱機理存有區別,其導熱效能或導熱係數也就各有差異。

即使對於同一物質構成的隔熱材料,內部結構不同,或生產的控制工藝不同,導熱係數的差別有時也很大。對於孔隙率較低的固體隔熱材料,結晶結構的導熱係數最大,微晶體結構的次之,玻璃體結構的最小。但對於孔隙率高的隔熱材料,由於氣體(空氣)對導熱係數的影響起主要作用,固體部分無論是晶態結構還是玻璃態結構,對導熱係數的影響都不大。

二、工作溫度

溫度對各類絕熱材料導熱係數均有直接影響,溫度提高,材料導熱係數上升。因為溫度升高時,材料固體分子的熱運動增強,同時材料孔隙中空氣的導熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響,在溫度為0-50℃範圍內並不顯著,只有對處於高溫或負溫下的材料,才要考慮溫度的影響。

三、含溼比率

絕大多數的保溫絕熱材料都具有多孔結構,容易吸溼。材料吸溼受潮後,其導熱係數增大。當含溼率大於5%-10%時,導熱係數的增大在多孔材料中表現得最為明顯。

這是由於當材料的孔隙中有了水分(包括水蒸氣)後,孔隙中蒸汽的擴散和水分子的運動將起主要傳熱作用,而水的導熱係數比空氣的導熱係數大20倍左右,故引起其有效導熱係數的明顯升高。如果孔隙中的水結成了冰,冰的導熱係數更大,其結果使材料的導熱係數更加增大。所以,非憎水型隔熱材料在應用時必須注意防水避潮。

四、孔隙特徵

在孔隙率相同的條件下,孔隙尺寸越大,導熱係數越大;互相連通型的孔隙比封閉型孔隙的導熱係數高,封閉孔隙率越高,則導熱係數越低。

五、容重大小

容重(或比重、密度)是材料氣孔率的直接反映,由於氣相的導熱係數通常均小於固相導熱係數,所以保溫隔熱材料往往都具有很高的氣孔率,也即具有較小的容重。一般情況下,增大氣孔率或減少容重都將導致導熱係數的下降。

但對於表觀密度很小的材料,特別是纖維狀材料(如超細玻璃纖維),當其表觀密度低於某一極限值時,導熱係數反而會增大,這是由於孔隙率增大時互相連通的孔隙大大增多,從而使對流作用得以加強。因此這類材料存在一個最佳表觀密度,即在這個表觀密度時導熱係數最小。

六、材料粒度

常溫時,鬆散顆粒型材料的導熱係數隨著材料粒度的減小而降低。粒度大時,顆粒之間的空隙尺寸增大,其間空氣的導熱係數必然增大。此外,粒度越小,其導熱係數受溫度變化的影響越小。

七、熱流方向

導熱係數與熱流方向的關係,僅僅存在於各向異性的材料中,即在各個方向上構造不同的材料中。

纖維質材料從排列狀態看,分為方向與熱流向垂直和纖維方向與熱流向平行兩種情況。傳熱方向和纖維方向垂直時的絕熱效能比傳熱方向和纖維方向平行時要好一些。一般情況下纖維保溫材料的纖維排列是後者或接近後者,同樣密度條件下,其導熱係數要比其它形態的多孔質保溫材料的導熱係數小得多。

對於各向異性的材料(如木材等),當熱流平行於纖維方向時,受到阻力較小;而垂直於纖維方向時,受到的阻力較大。以松木為例,當熱流垂直於木紋時,導熱係數為0.17w/(m·k),平行於木紋時,導熱係數為0.

35w/(m·k)。

氣孔質材料分為氣泡類固體材料和粒子相互輕微接觸類固體材料兩種。具有大量或無數多開口氣孔的隔熱材料,由於氣孔連通方向更接近於與傳熱方向平行,因而比具有大量封閉氣孔材料的絕熱效能要差一些。

八、填充氣體

隔熱材料中,大部分熱量是從孔隙中的氣體傳導的。因此,隔熱材料的熱導率在很大程度上決定於填充氣體的種類。低溫工程中如果填充氦氣或氫氣,可作為一級近似,認為隔熱材料的熱導率與這些氣體的熱導率相當,因為氦氣和氫氣的熱導率都比較大。

九、比熱容

熱導率=熱擴散係數×比熱×密度。在熱擴散係數和密度條件相同的情況下,比熱越大,導熱係數越高。

隔熱材料的比熱對於計算絕熱結構在冷卻與加熱時所需要冷量(或熱量)有關。在低溫下,所有固體的比熱變化都很大。在常溫常壓下,空氣的質量不超過隔熱材料的5%,但隨著溫度的下降,氣體所佔的比重越來越大。

因此,在計算常壓下工作的隔熱材料時,應當考慮這一因素。

對於常用隔熱材料而言,上述各項因素中以表觀密度和溼度的影響最大。因而在測定材料的導熱係數時,必須同時測定材料的表觀密度。至於溼度,對於多數隔熱材料可取空氣相對溼度為80%一85%時材料的平衡溼度作為參考狀態,應儘可能在這種溼度條件下測定材料的導熱係數。

影響材料導熱係數的主要因素有哪些

4樓:

影響隔熱材料導熱係數的主要因素:

一、材料型別

隔熱材料(絕熱材料)型別不同,導熱係數不同。隔熱材料的物質構成不同,其物理熱效能也就不同;隔熱機理存有區別,其導熱效能或導熱係數也就各有差異。

即使對於同一物質構成的隔熱材料,內部結構不同,或生產的控制工藝不同,導熱係數的差別有時也很大。對於孔隙率較低的固體隔熱材料,結晶結構的導熱係數最大,微晶體結構的次之,玻璃體結構的最小。但對於孔隙率高的隔熱材料,由於氣體(空氣)對導熱係數的影響起主要作用,固體部分無論是晶態結構還是玻璃態結構,對導熱係數的影響都不大。

二、工作溫度

溫度對各類絕熱材料導熱係數均有直接影響,溫度提高,材料導熱係數上升。因為溫度升高時,材料固體分子的熱運動增強,同時材料孔隙中空氣的導熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響,在溫度為0-50℃範圍內並不顯著,只有對處於高溫或負溫下的材料,才要考慮溫度的影響。

三、含溼比率

絕大多數的保溫絕熱材料都具有多孔結構,容易吸溼。材料吸溼受潮後,其導熱係數增大。當含溼率大於5%-10%時,導熱係數的增大在多孔材料中表現得最為明顯。

這是由於當材料的孔隙中有了水分(包括水蒸氣)後,孔隙中蒸汽的擴散和水分子的運動將起主要傳熱作用,而水的導熱係數比空氣的導熱係數大20倍左右,故引起其有效導熱係數的明顯升高。如果孔隙中的水結成了冰,冰的導熱係數更大,其結果使材料的導熱係數更加增大。所以,非憎水型隔熱材料在應用時必須注意防水避潮。

四、孔隙特徵

在孔隙率相同的條件下,孔隙尺寸越大,導熱係數越大;互相連通型的孔隙比封閉型孔隙的導熱係數高,封閉孔隙率越高,則導熱係數越低。

五、容重大小

容重(或比重、密度)是材料氣孔率的直接反映,由於氣相的導熱係數通常均小於固相導熱係數,所以保溫隔熱材料往往都具有很高的氣孔率,也即具有較小的容重。一般情況下,增大氣孔率或減少容重都將導致導熱係數的下降。

但對於表觀密度很小的材料,特別是纖維狀材料(如超細玻璃纖維),當其表觀密度低於某一極限值時,導熱係數反而會增大,這是由於孔隙率增大時互相連通的孔隙大大增多,從而使對流作用得以加強。因此這類材料存在一個最佳表觀密度,即在這個表觀密度時導熱係數最小。

六、材料粒度

常溫時,鬆散顆粒型材料的導熱係數隨著材料粒度的減小而降低。粒度大時,顆粒之間的空隙尺寸增大,其間空氣的導熱係數必然增大。此外,粒度越小,其導熱係數受溫度變化的影響越小。

七、熱流方向

導熱係數與熱流方向的關係,僅僅存在於各向異性的材料中,即在各個方向上構造不同的材料中。

纖維質材料從排列狀態看,分為方向與熱流向垂直和纖維方向與熱流向平行兩種情況。傳熱方向和纖維方向垂直時的絕熱效能比傳熱方向和纖維方向平行時要好一些。一般情況下纖維保溫材料的纖維排列是後者或接近後者,同樣密度條件下,其導熱係數要比其它形態的多孔質保溫材料的導熱係數小得多。

對於各向異性的材料(如木材等),當熱流平行於纖維方向時,受到阻力較小;而垂直於纖維方向時,受到的阻力較大。以松木為例,當熱流垂直於木紋時,導熱係數為0.17w/(m·k),平行於木紋時,導熱係數為0.

35w/(m·k)。

氣孔質材料分為氣泡類固體材料和粒子相互輕微接觸類固體材料兩種。具有大量或無數多開口氣孔的隔熱材料,由於氣孔連通方向更接近於與傳熱方向平行,因而比具有大量封閉氣孔材料的絕熱效能要差一些。

八、填充氣體

隔熱材料中,大部分熱量是從孔隙中的氣體傳導的。因此,隔熱材料的熱導率在很大程度上決定於填充氣體的種類。低溫工程中如果填充氦氣或氫氣,可作為一級近似,認為隔熱材料的熱導率與這些氣體的熱導率相當,因為氦氣和氫氣的熱導率都比較大。

九、比熱容

熱導率=熱擴散係數×比熱×密度。在熱擴散係數和密度條件相同的情況下,比熱越大,導熱係數越高。

隔熱材料的比熱對於計算絕熱結構在冷卻與加熱時所需要冷量(或熱量)有關。在低溫下,所有固體的比熱變化都很大。在常溫常壓下,空氣的質量不超過隔熱材料的5%,但隨著溫度的下降,氣體所佔的比重越來越大。

因此,在計算常壓下工作的隔熱材料時,應當考慮這一因素。

對於常用隔熱材料而言,上述各項因素中以表觀密度和溼度的影響最大。因而在測定材料的導熱係數時,必須同時測定材料的表觀密度。至於溼度,對於多數隔熱材料可取空氣相對溼度為80%一85%時材料的平衡溼度作為參考狀態,應儘可能在這種溼度條件下測定材料的導熱係數。

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